universidade federal de sergipe centro de ciências exatas e tecnológicas

Universidade Federal de SergipeCentro de Ciências Exatas e Tecnológicas

Núcleo de Engenharia de Produção Disciplina Engenharia de Produto

Prof. Andréa Cristina dos Santos, Dr. [email protected]

http://engenhariadeproduto.ning.com

Aula 2316 de Novembro de 2009

Localização da fase de projeto conceitual

Melhoria do processo de desenvolvimento de produtos

Gerenciamento de mudanças de engenhariaProcessosde apoio

Processosde apoio

Desenvolvimento

ProjetoDetalhado

ProjetoConceitual

ProjetoInformacional

Lançamentodo Produto

PreparaçãoProdução

PlanejamentoProjeto

PósPré

PlanejamentoEstratégico

dos ProdutosDescontinuar

Produto

AcompanharProduto/Processo

Gates >>

Processo de Desenvolvimento de Produto

OBJETIVOS DA AULA 23

• Atividade de Avaliação da Seleção de Concepções

• Seleção de Materiais.

Sumário do capítulo – conceitos e ferramentas (quadros)

• Modelagem funcional

• Métodos de criatividade (quadros 7.4 e 7.5)

• Projeto Modular (quadro 7.6)

• Seleção de materiais (quadro 7.7)

• Princípios e recomendações para o DFM (quadro 7.9)

• Princípios e recomendações para o DFA (quadro 7.10)

SELEÇÃO DE CONCEPÇÕES

• Como escolher, dentre as concepções geradas pelas atividades anteriores, o melhor conceito?

Como avaliar concepções que possuem ainda poucos detalhes e não podem ser mensuradas?

Deve-se detalhar cada concepção para comparar parâmetros com especificações-meta?

Como obter justificativas para descartar concepções que não são adequados?

MÉTODOS E PROCEDIMENTOS SISTEMÁTICOS

PRINCIPAL DIFICULDADE:INFORMAÇÕES LIMITADAS E ABSTRATAS


Deve-se obter Justificativas pelas quais os conceitos descartados não são adequados.

Utilização de métodos ou procedimentos sistemáticos compatíveis com a limitação

de informações.

Que auxiliem na tomada de decisão quanto a seleção do melhor conceito de solução


SELEÇÃO Implica em Ações:

• Valorização• Comparação

• Tomada de decisão

•Conceitos devem ser valorados de forma compreensiva;•Amplo espectro de objetivos;•Serem expressos na mesma linguagem e no mesmo nível de abstração

Dois tipos de comparação:• Absoluta: cada conceito é comparado com algum tipo de informação, conhecimento, experiência e alguns requisitos.• Relativo: comparação dos conceitos entre si.

Vários conceitos

Julgamento de viabilidade

Disponibilidade técnica

Exame passa não passa

Matriz de avaliação

Tipo de comparação

Base de comparação

Técnicas

Experiência

Estado da arte

Necessidades dos clientes requisitos de

projeto

Absoluta

Relatativa

TÉCNICAS DE AVALIAÇÃO CONCEITUAL

TÉCNICA DE AVALIAÇÃO CONCEITUAL

AVALIAÇÃO BASEADA NO JULGAMENTO DE VIABILIDADE

Após a geração conceitual, a equipe de projeto pode fazer a primeira avaliação de viabilidade e verificar se o conceito se enquadra numa das seguintes condições:

(1)Conceito não é viável(2) O conceito é condicionalmente viável(3)O conceito deve ser considerado

Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa



(1) O CONCEITO NÃO É VIÁVEL

Por quê a Solução não é Viável? (Definir claramente as

razões pelas quais a solução conceitual não é viável.

Principais razões estão associadas limitações

tecnológicas e atendimento aos requisitos dos

clientes.

Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa



CUIDADO:

Podem ocorrer interpretações errôneas da viabilidade.

Principalmente por concepção apresentar um padrão diferente do padrão normal estabelecido,

ou devido o conceito não apresentar uma idéia original, não provocando assim um entusiasmo ou interesse.

TÉCNICA DE AVALIAÇÃO CONCEITUALVários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa




COMO PROCEDER:

Os seres humanos tendem a tendência natural a resistir à mudanças – tendência de projetar em favor de idéias já

conhecidas.

Esse tipo de atitude pode impedir que o produto seja melhorado,

Deve-se diferenciar mudanças potencialmente positivas de um conceito pobre

Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa



COMO PROCEDER:

As idéias inicialmente tidas como não viáveis, podem servir para fornecer uma nova abordagem para o

problema.

Ante de descartar um conceito solução, deve-se verificar se as novas idéias podem ser geradas, e se vale a pena interagir, voltando da etapa de seleções

para a geração de soluções.


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa


(2) CONDICIONALMENTE VIÁVEL

Fatores típicos associados são:

• Disponibilidade Tecnológica• Capacidade de obter informações não disponíveis• Desenvolvimento de alguma parte do produto


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa


(3) DEVE SER CONSIDERADO

O CONCEITO MAIS DIFÍCIL É AQUELE EM QUE SE EVIDENCIA IMEDIATAMENTE SE É UMA BOA OU MÁ

IDÉIA.

Considerando a linguagem do projeto: existem três principais classes de modelagem para avaliação:

•Gráfica•Física

•Analítica

Obs: Textual raramente auxilia na seleção de conceitos de solução de produtos industriais manufaturados


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa

2. AVALIAÇÃO BASEADA NA DISPONIBILIDADE IMEDIATA DE TECNOLOGIA


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa

Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa

2. AVALIAÇÃO BASEADA NA DISPONIBILIDADE IMEDIATA DE

TECNOLOGIA


Maturidade de uma Tecnologia

QUESTÕES



QUESTÕES IDENTIFICAÇÃO DE MATURIDADE DE UMA TECNOLOGIA

1. Pode a tecnologia ser produzida por meio de processos conhecidos?

Se ainda não foi: desenvolvido um processo de manufatura confiável, ou nova capacidade do processo para a tecnologia esta não deve ser utilizada. O risco é que se o novo processo não for obtido, todo o projeto pode fracassar



2. Os parâmetros funcionais críticos podem ser identificados

Todo conceito de solução possui parâmetros que são críticos para o desempenho operacional do produto. É Importante conhecer os parâmetros: dimensões, propriedades dos materiais e outros. Que são críticos para o produto.



3. A segurança e sensibilidade dos parâmetros operacionais é conhecida?

No decorrer do processo de projeto, os valores dos parâmetros de poderão sofrer variações para achar-se o desempenho desejado ou melhorar a manufaturabilidade do produto.Portanto, é essencial conhecer os valores limites dos parâmetros e a sensibilidade de operação do produto ecom relação a esses parâmetros.



4. Os modos de falhas são conhecidos?

5. Existem algum tipo de experiência que responde positivamente as questões anteriores?

6. A tecnologia é controlável através do ciclo de vida do produto?

2. AVALIAÇÃO BASEADA NO “PASSA/NÃO PASSA”


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa

3. AVALIAÇÃO BASEADA NO “PASSA/NÃO PASSA”


Após estabelecer que as tecnologias utilizadas num dado conceito são mais maduras, o enfoque da base de comparação move-se para as

necessidades dos clientes.

Cada conceito deve ser comparado com as necessidades de maneira absoluta.

Ou seja, cada necessidade deve ser transformada numa questão e ser respondida passa ou não passa.

•Este tipo de avaliação pode auxiliar também na geração de novas idéias.•Um conceito pode ser modificado ao invés de ser eliminado.•Durante esta modificações, a estruturação funcional e a matriz morfológica deverão ser analisadas e possivelmente atualizadas

4. AVALIAÇÃO BASEADA NA MATRIZ DE AVALIAÇÃO UTILIZANDO AS NECESSIDADES DOS CLIENTES


Vários conceitos







Técnicas

Experiência

Estado da arte


projeto

Absoluta

Relatativa



Este método também conhecido como matriz de Pugh (1991) tem se mostrado eficiente para a comparação de concepções que não tenham sido suficientemente detalhadas e que apresentam portanto, um nível elevado de abstração.

O método fornece uma maneira de medir a capacidade das concepções de atender os critérios de avaliação através de uma comparação relativa com uma referência.



A ESCOLHA DOS CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO – Foram escolhidos como critérios de avaliaçãoos requisitos de projeto e os seus respectivos pesos (que são os escores obtidos com o uso da matriz casa da qualidade).

1. PASSO



SELEÇÃO DOS ITENS A SEREM COMPARADOS Os itens a serem comparados são as diferentes idéias desenvolvidas durante a etapa de geração de soluções.

Aqui é importante que todos os conceitos a serem comparados tenham o mesmo nível de abstração e estejam expressos na mesma linguagem.

2. PASSO



GERAÇÃO DO ESCORE

Nesta fase, uma concepção é escolhida como sendo a melhor concepção que será desenvolvida. Esta concepção será usa da como referência.

As outras concepções deverão ser comparadas com esta última com relação às necessidades dos clientes.

Se para uma dado conceito for julgado: melhor (+)

Igual (M)Inferior (-)

3. PASSO



CÁLCULO DO ESCORE TOTAL

Após um conceito ser comparado com a referência em cada critério. O peso total é a soma de cada escore multiplicado pelo peso da importância de cada necessidade. M conta como = Zero(+) conta como = + 1(-) conta como = -1

Importante: os escores não devem ser tratados como medidas absolutas mas de orientação no projeto.

4. PASSO

Concepções

Concepção 1

Concepção 2

(referência)

Concepção 3

... ... Concepção m

Cri

téri

os

Critério 1 0

Critério 2 0

Critério 3 0

... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ...

Critério n 0

Total + 0

Total - 0

Total Global 0

Atividade: Selecionar a concepção do produto 2/4

Matriz de Decisão

Critérios podem ser Especificações-meta ou Requisitos dos clientes

+-

+

-

-+-

M

Melhor que a referência

Pior que a referência

Igual a referência

Concepções

Peso Concepção

1 Concepção 2 (referência)

Concepção 3

... ... Concepção

m

Cri

téri

os

Critério 1 P1 0

Critério 2 P2 0

Critério 3 P3 0

... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ...

... ... ... ... ... ... ... ...

Critério n Pn 0

PesoTotal 0


Matriz de Decisão com peso

Critérios podem ser Especificações-meta ou Requisitos dos clientes

+

-

+

-

-

+

-

M

Melhor que a referência

+ 1

Pior que a referência

- 1

Igual a referência

“0”

Necessidades do ClienteAspecto vítreo

Cor amarelinha

Massa fina

Macia ao morder

Soltinha

Fácil de enrolar no garfo

Absorver bem o caldo

Cozimento rápido

Fácil de preparar

Porção individual

Emabalagem reciclável

Tempero suave

Peso4

4

5

3

5

4

4

3

4

3

1

2

TOTAL +

TOTAL -

TOTAL GLOBAL

PESO TOTAL

ConceitosI II III IV V VI+ + + + +- + + + + R+ + + + + E+ + + + + F- + - + + E+ + + + M R- - - + M Ê- - - M M N

- M - M - I- - - - - C

+ M M - M A- M - M M

7 3 6 2 2 05 6 5 7 5 0

-2 3 -1 5 3 0-8 14 -1 24 14 0

EXEMPLO


Testes durante a seleção de concepções

Projeto Detalhado

Projeto Conceitual

Projeto Informacional

Preparação Produção

Testes exploratórios

Testes de avaliação

Testes de validação

Testes comparativos

Planejamento

Desenho Manual

Protótipo Físico

Teste eReprojeto

Evolução do Desenvolvimento de Produto (passado)

Hardware

Desenvolvimento do Produto

3DCAD

Mock-up Digital

Prototipagem Funcional

Virtual

Desenvolvimento Virtual do Produto

Evolução do Desenvolvimento de Produto (futuro)

Processo de Projeto Conceitual

Trade-off Studies

Data Management

Detailed CAD&CAE

Design Parameters Parametric CAD Automated CAE Model

Functional Analysis

MATERIAIS METÁLICOS E …..

SELEÇÃO DE MATERIAISSELEÇÃO DE MATERIAIS...COMPÓSITOS

• As propriedades dos materiais são que definem a capacidade e estrutura de um determinado componente, bem como o processo de fabricação do mesmo

Propriedades dos Materiais

Composição e ProcessoComposição e Processode Fabricaçãode Fabricação

MicroestruturaMicroestrutura

ENGENHAR I A

O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se proliferarem mais num futuro próximo

• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza

• Modificação de materiais naturais• Combinação de materiais conhecidos para a

formação de novos materiais

POLIMEROS

ELASTÓMEROS VIDROS

CERÂMICOS

METAIS

COMPÓSITOS

FAMÍLIAS DE MATERIAIS DE ENGENHARIA

EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes

de tratamento térmico e composição de cada material

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros?

• Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.


• A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.


• Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica:

Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

FILOSOFIA DO COMPROMISSO


• Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra.

• Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.

SELEÇÃO DOS MATERIAIS

• Envolve principalmente:

- Eng. Projetista

- Eng. Materiais e/ou processo

- Eng. Marketing

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO

• Ex. Resistência:

Material Aço-liga Ti Al PRFC

(alta resist.) (AA7074)

Resist. (MPa) 1000 800 500 700

à tração

PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono


• Ex. Resistência/peso:



133 170 185390


• Ex. Custo p/Kg/US$:



0,75 15 320

RE

SIS

TÊ

NC

IA V

ER

SU

S D

EN

SID

AD

E

ALGUNS FATORES IMPORTANTES A CONSIDERAR

• Propriedades do material• Considerações de forma, dimensões e peso• Custo do material (disponibilidade)• Facilidade de fabricação• Escala de produção• Durabilidade• Viabilidade de reciclagem

INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA

TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAISTIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)

• Grande exigência tecnológica

• Utilização dos mate-riais nos limites

• Produtos nãodiferenciados

• Utilização de materiais abaixo dos limites

FONTE: material do Prof. Arlindo Silva da Universidade de Portugal

CAUSAS DE FALHAS EM GERAL

• Seleção incorreta de materiais 38%• Defeitos de fabricação 15%• Tratamento térmico incorreto 15%• Falha de projeto 11%• Condições imprevistas de operação 8%• Controle inadequado condições de trab. 6%• Prob. De inspeção e CQ 3%• Troca equivocada de materiais 2%

CAUSAS DE FALHAS EM PLANTAS INDUSTRIAIS

• Corrosão 29%• Fadiga 25%• Fratura frágil 16%• Sobrecarga 11%• Corrosão em alta temperatura 7%• Corrosão sob tensão 6%• Fluência 3%• Desgaste 2%

CAUSAS DE FALHAS EM COMPONENTES AERONÁUTICOS

• Fadiga 61%• Sobrecarga 19%• Corrosão sob tensão 8%• Desgaste 7%• Corrosão 3%• Oxidação em alta temperatura 2%

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS

• Materias que apresentem:- Alto desempenho- Baixo peso e alta resistência- Resistência à altas temperaturas- Desenvolvimento de materiais que sejam

menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados

Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos.

Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade

Não são transparentes à luz visível

Têm aparência lustrosa quando polidos

Geralmente são resistentes e deformáveis

São muito utilizados para aplicações estruturais

METAIS

Fonte: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

LIGAS NÃO FERROSAS

NÃO FERROSOS

Ligas leves

Ligas Al Ligas Mg

Ligas BeLigas Ti

Ligas Cu

Bronzes

Cu-NiLatões

Ligas para altas temper.

Ligas baixo ponto de fusão

Ligas Refractárias

NiPb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb

COMPÓSITOS

Materiais compósitos são constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si.

Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte

Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos

Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero

INDUSTRIA AUTOMÓVEL (1)

O primeiro chassis totalmente em compósito apareceu em 1981 (McLaren MP4-1). O chassis da figura à direita é o Prost AP-01 em fibra de carbono/epoxy, depois de um acidente (Canadá 1997). O habitáculo é sujeito, por regulamento, a testes de impacto, tendo sofrido dois embates laterais nos muros de betão do Circuito, o primeiro dos quais a cerca de 180km/h. Num chassis em alumínio, o piloto teria certamente perdido a vida. Os compósitos vulgarizaram-se na F1 a partir de 1983.

INDUSTRIA AUTOMÓVEL (2)

AIRBUS A300/310

No “fin” traseiro, reduziu-se o peso em 20%, em relação ao alumínio. É construído em 95 peças, enquanto anteriormente compreendia 2076 peças. Dimensões do fin:

8,3m de altura e 7,8m de largura.

Indústria naval (1)

O casco do navio da figura é feito em

estrutura sandwich com faces em Kevlar/epoxy e

núcleo em espuma de PVC, obtendo-se

com esta construção uma maior

resistência ao impacto com menor peso. As velas são também reforçadas

com fibras

Eletrodomésticos

• Como conseqüência, novos polímeros (plásticos) foram desenvolvidos para atender a indústria de eletroeletrônicos, que necessitava de maior resistência a climas úmidos

Durante o conflito no sudeste da Ásia, no Vietnã, em ambiente de floresta, novos desafios surgiram

na área de materiais

universidade federal de sergipe centro de ciências exatas e tecnológicas

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